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数字电路与逻辑设计课程设计指导书适用专业计算机科学与技术、网络工程长春工业大学计算机科学与工程学院2014年12月目录TOC\o1-3\h\z\u
一、课程设计目的1
二、课程设计要求1
三、课程设计内容2
四、设计报告的内容和要求3
五、课程设计考核方法4第一环节设计实验5
一、简易数字电子钟的设计与制作5
二、简易数字频率计的设计与制作5
三、简易智力竞赛抢答器的设计与制作5
四、简易玩具电子琴的设计与制作6第二环节自选课题参考题目11
一、数码管显示控制器11
二、乒乓球游戏机11
三、智力竞赛抢答器11
四、数字钟11
五、交通灯控制器12
六、双钮电子锁12
七、彩灯控制器12
八、速度表12
九、出租车计价器13
十、自动奏乐器一13
十一、自动奏乐器二13
十二、自动打铃器13
十三、算术运算单元ALU的设计14
十四、游戏机14
十五、16路数显__器14
十六、脉冲按键__按键显示器14
十七、病房呼叫系统15
十八、自动电子钟15__、具有数字显示的洗衣机时控电路15__、篮球比赛数字计分牌15__
一、电子日历16__
二、设计模拟__人民广播电台报时电路16__
三、数字跑表16__
四、汽车尾灯控制器16__
五、篮球竞赛30秒计时器16__
六、拔河游戏机控制器17附录一TTL集成电路型号命名规则18附录二部分TTL集成电路管脚排列图21
一、课程设计目的《数字电路与逻辑设计课程设计》是计算机科学与技术专业和网络工程专业学生的必修课之一,是《数字电路与逻辑设计》课程的一个重要的实践教学环节,它与理论教学和实验教学相结合,培养学生综合运用所学的基础理论和掌握的基本技能来解决实际问题的能力课程设计通过完成一个课题的理论设计和实际调试工作,即能加深对所学知识的理解,又能培养综合的实践技能,从而提高分析问题和解决问题的能力训练学生综合运用学过的数字电路的基本知识,__设计比较复杂的数字电路的能力通过实践教学引导学生在理论指导下有所创新,为专业课的学习和日后工程实践奠定基础
二、课程设计要求
(一)教学要求1.巩固和加深对数字电子器件及其所构成电路的理解,并适当拓宽学生在电子线路领域的知识面2.初步掌握数字电子电路的设计、计算方法能根据系统的技术指标,论证、拟订设计方案;选用合适的电路形式并进行工程计算及选择电路的元器件3.培养__组织实验方案、正确选择使用实验仪器的能力,提高对功能电路和系统的__调整、测试技术,以及综合运用所学理论知识解决实际问题的能力4.在可能条件下,培养使用微型计算机分析和设计电子线路的能力
(二)能力培养要求1.通过查阅手册和有关文献资料培养学生__分析和解决实际问题的能力2.通过实际电路方案的比较分析、设计计算、元件选取、__调试等环节,掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法3.掌握常用仪器设备的使用方法,学会简单的实验调试,提高动手能力4.综合应用课程中学到的理论知识去__完成一个设计任务5.培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度
三、课程设计内容课程设计内容包括设计实验和自选课题设计两个部分
(一)设计实验每两人一台实验箱,完成四个实验1.简易数字电子钟的设计与制作2.简易数字频率计的设计与制作3.简易智力竞赛抢答器的设计与制作4.简易玩具电子琴的设计与制作
(二)自选课题设计从参考题目中选择一题或自选课题进行资料查找和设计1.数码管显示控制器2.乒乓球游戏机3.智力竞赛抢答器4.数字钟5.交通灯控制器6.双钮电子锁7.彩灯控制器8.速度表9.出租车计价器
10.自动奏乐器一
11.自动奏乐器二
12.自动打铃器
13.算术运算单元ALU的设计
14.游戏机的设计
15.16路数显__器
16.脉冲按键__按键显示器
17.病房呼叫系统
18.自动电子钟
19.具有数字显示的洗衣机时控电路
20.篮球比赛数字记分牌
21.电子日历
22.设计模拟__人民广播电台报时电路
23.数字跑表
24.数字温度计
25.篮球竞赛30秒计时器
26.拔河游戏机控制器
(三)设计课题选择的原则1.课题内容综合教学要求应与数字电路与逻辑设计的理论教学内容相符,在此基础上,可进行适当的深化与拓宽2.课题内容的难度应适当以便学生通过努力在规定时间内得以完成设计同时,课题内容也应多样化,以便不同层次、不同水平、不同兴趣的学生有选择的余地3.课题内容应具有的实践性让学生有较多的机会进行调整、测试,从面锻炼动手能力,同时,也应有一定的实用性,以利于调动学生对课程设计的积极性4.课题内容应适当反映电子技术领域中的新知识,尽量应用新器件
四、设计报告的内容和要求设计报告包括自选题目设计和设计实验两大部分自选题目设计部分报告的内容包括以下几个方面
1、课程设计题目自选题目名称
2、设计任务及主要性能指标和要求
3、电路的设计
(1)根据功能要求构建总体设计方案,比较和选定设计的系统方案,确定整个电路的组成及各单元电路完成的功能,画出系统框图
(2)单元电路的设计、参数计算、器件选择及介绍
(3)画出完整的总体电路设计图(器件型号、元件参数应标出)和必要的波形图,并说明电路的工作原理
4、整理测试数据,分析是否满足设计要求
5、在__调试中的方法技巧,遇到的问题、原因及解决方法
6、元器件清单
7、总结设计电路的特点和方案的优缺点
8、设计收获体会
9、____设计实验部分根据实际完成的实验内容,按照上面自选题目包括的各部分内容进行编写设计收获体会和____可以根据两部分内容总结性的写一个报告要求根据课程设计报告的内容要求认真书写,所有的内容一律用实验报告纸手写;封面用课程设计说明书,封底用课程设计考核表,装订成册
五、课程设计考核方法1.每位学生__进行电路设计,在画出基本电路图并经理论验证无错误后在实验室完成电路元器件的__、调试工作2.每位学生上交一份课程设计报告3.在检验设计作品时对学生所设计的内容和相关知识进行质疑和答辩4.根据电路设计和电路调试情况以及课程设计报告内容、质量、书写规范性,质疑成绩,课程设计过程表现等,由指导教师按照优、良、中、及格、不及格评定成绩第一环节设计实验
一、简易数字电子钟的设计与制作要求设计一个能显示两位秒__的数字电子钟,分电路设计、电路__、电路调测三个阶段完成实验电路如图1所示
二、简易数字频率计的设计与制作设计一个数字频率计,要求检测频率范围10Hz~99Hz,两位数码管显示由555组成多谐振荡器作为被测源,555构成单稳态触发器控制闸门,计数器由2个74LS160组成实验电路如图2所示
三、简易智力竞赛抢答器的设计与制作抢答器可供四组抢答,有人抢答时,蜂鸣器发声,同时优先抢答者对应的指示灯亮,而后抢答者对应的指示灯不亮主持人具有将抢答器复原的功能智力竞赛抢答器是用来判断哪一个预定状态首先发生的电路,主要由开关阵列电路、触发锁存电路、显示电路几部分构成抢答器组成框图实验电路如图3所示
四、简易玩具电子琴的设计与制作1.能发出
1、
2、
3、
4、
5、
6、
7、1八个音符;2.用按键作为键盘;3.C调到B调对应频率为调频率(HZ)
261.63*2B
493.88A
440.00G
392.00F
349.23E
329.63D
293.66C
261.63下图是一个由555和一些阻容元件组成的多谐振荡器,振荡频率取决于Ra、R
9、C3的值f≈
1.44/[Ra+2R9*C3]式中Ra对应图中的R1~R9的不同组合值,这取决于琴键K1~K8的通断情况在进行音符调试时,可用一个110KΩ电位器反复调试,并确定其每个音阶对应的电阻阻值本电路的555采用双机型的,可直接驱动扬声器发声实验电路如图4所示图1数字电子钟图2数字频率计图3智力竞赛抢答器图4玩具电子琴第二环节自选课题参考题目
一、数码管显示控制器要求1.能自动一次显示出数字
0、
1、
2、
3、
4、
5、
6、
7、
8、9(自然数列),
1、
3、
5、
7、9(奇数列),
0、
2、
4、
6、8(偶数列),
1、
2、
3、
4、
5、
6、
7、1(音乐符号序列);然后再从头循环;2.打开电源自动复位,从自然数列开始显示
二、乒乓球游戏机要求1.用8个发光二极管表示球;用两个按钮分别表示甲乙两个球员的球拍;2.一方发球后,球以固定速度向另一方运动(发光二极管依次点亮),当球达到最后一个发光二极管时,对方击球(按下按钮)球将向相反方向运动,在其他时候击球视为犯规,给对方加1分;双方都犯规时,各自加1分;3.甲、乙各有一数码管计分;
4、裁判有一个按钮,是系统初始化,每次得分后,按下一次
三、智力竞赛抢答器要求1.五人参赛每人一个按钮,主持人一个按钮,按下就开始;2.每人一个发光二极管,抢中者灯亮;3.有人抢答时,喇叭响两秒钟;4.答题时限为10秒钟,从有人抢答开始,用数码管倒计时间,
0、
9、8…
1、0;倒计时至0的时候,喇叭发出两秒声响
四、数字钟要求1.输入10Hz的时钟;(提示对已经有的kHz频率时钟进行分频)2.能显示时、分、秒,24小时制;3.时和分有校正功能;4.整点报时,喇叭响两秒;5.可设定夜间某个时段不报时;注意硬件资源的节约
五、交通灯控制器要求1.东西方向为主干道,南北方向为副干道;2.主干道通行40秒后,若副干道无车,仍主干道通行,否则转换;3.换向时要有4秒的黄灯期;4.南北通行时间为20秒,到时间则转换,若未到时,但是南北方向已经无车,也要转换5.附加用数码管显示计时
六、双钮电子锁要求1.有两个按钮A和B,开锁__可自设,如(
3、
5、
7、9等);2.若按B钮,则门铃响(滴、嗒…);3.开锁过程按3下A,按一下B,则3579中的“3”即被输入;接着按5下A,按一下B,则输入“5”;依此类推,直到输入完“9”,按B,则锁被打开――用发光管KS表示;4.__在输入
3、
5、
7、9过程后,如果输入与__不同,则__;用发光管__表示,同时发出“嘟、嘟…”的__声音;5.用一个开关表示关门(即闭锁)
七、彩灯控制器要求1.有十只LED,L0……L92.显示方式
(1)先奇数灯依次灭
(2)再偶数灯依次灭
(3)再由L0到L9依次灭3.显示间隔
0.5S,1S可调
八、速度表要求1.显示汽车Km/h数;2.车轮每转一圈,有一传感脉冲,每个脉冲代表1m的距离;3.采样周期设为10S;4.要求显示到小数点后边两位;5.用数码管显示;6.最高时速小于300Km/h
九、出租车计价器要求1.5Km开始计价,起始价为5元,每公里
1.2元;2.传感器输出脉冲为
0.5m/个;3.每
0.5km改变一次显示,且提前显示(只显示钱数)
十、自动奏乐器一要求1.开机能自动奏一个乐曲,可以反复演奏;2.速度可变1155665-4433221-5544332-5544332-3.附加显示乐谱
十一、自动奏乐器二要求1.开机能自动奏一个乐曲,可以反复演奏;2.速度可变1313565-6665---666553122321---3.附加显示乐谱
十二、自动打铃器要求1.有数字钟功能(不包括校时等功能)2.要设置六个时间,定时打铃;3.响铃5秒钟
十三、算术运算单元ALU的设计要求1.进行两个四位二进制数的运算;2.算术运算A+B,A-B,A+1,A-13.逻辑运算AandB,AorB,Anot,AxorB注意从整体考虑设计方案,优化资源的利用
十四、游戏机有三位数码管显示0-7之间的数码,按下按钮,三个数码管循环显示,抬起按钮,显示停止,当显示内容相同时为赢要求1.三个数码管循环显示的速度不同2.停止时的延迟时间也要不同3.如果赢了游戏时,要有数码管或LED的花样显示或声音提示
十五、16路数显__器要求1.设计16路数显__器,16路中某一路断开时(可用高低电平表示断开和接通),用十进制数显示该编号,并发出声音__;2.__时间持续10秒钟;3.当多路__时,要有优先级,并将低优先级的__存储,处理完高优先级__后,再处理之(附加)
十六、脉冲按键__按键显示器要求1.设计一个具有八位显示的__按键显示器;2.能准确反映按键数字;
3、显示器显示从低位向高位前移,逐位显示,最低位为当前输入位;4.重按键时,能首先消除显示;5.摘下__后才能拨号有效,挂机后熄灭显示
十七、病房呼叫系统要求1.用1-5个开关模拟5个病房的呼叫输入__,1号优先级最高,1-5优先级依次降低;2.用一个数码管显示呼叫__的号码,没__呼叫时显示0,有多个__呼叫时,显示优先级最高的呼叫号(其它呼叫号用指示灯显示);3.凡有呼叫,发出5秒的呼叫声;4.对低优先级的呼叫进行存储,处理完高优先级的呼叫,再进行低优先级呼叫的处理(附加)
十八、自动电子钟要求1.用24小时制进行时间显示;2.能够显示小时、分钟;3.每秒钟要有闪烁指示;4.上电后从“0000”开始显示__、具有数字显示的洗衣机时控电路要求1.洗衣机工作时间可在1~15分钟内任意设定(整分钟数);2.规定电动机运行规律为正转20s,停10s,反转20s,停10s再正转20s,以后重复运行;3.要求能显示洗衣机剩余工作时间,每当电机运行一分钟,显示计数器自动减1,直到显示器为“0”时,电机停止运转;4.电机正转和反转要有指示灯指示__、篮球比赛数字计分牌要求1.分别记录两队得分情况;2.进球得分加2分,罚球进球得分加1分;3.纠正错判得分减2分或1分;4.分别用三个数码管显示器记录两队的得分情况__
一、电子日历要求1.能显示年、月、日,星期;3.年月日,星期可调;4.不考虑闰年__
二、设计模拟__人民广播电台报时电路要求1.当计时器运行到59分49秒开始报时,每鸣叫1s就停叫1s,共鸣叫6响;前5响为低音,频率为750Hz,最后1响为高音,频率为1KHz;2.至少要有分秒显示__
三、数字跑表要求1.具有暂停/启动功能;2.具有重新开始功能;3.用6个数码管分别显示百分秒、秒和分钟__
四、汽车尾灯控制器要求1.汽车尾部左右两侧各有3个指示灯(用发光二极管模拟),当在汽车正常运行时指示灯全灭;2.在右转弯时,右侧3个指示灯按右循环顺序点亮;3.在左转弯时,左侧3个指示灯按左循环顺序点亮;4.在临时刹车时,所有指示灯同时点亮__
五、篮球竞赛30秒计时器要求1.30秒计时器具有显示30秒的计时功能;2.系统设置外部操作开关,控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能;3.计时器为30秒递减计时,其计时间隔为1秒;4.当计时器递减计时到零时,数码显示不能灭灯,应发出光电______
六、拔河游戏机控制器设计一个能进行拔河游戏的控制电路电路使用9个发光二极管表示拔河的“电子绳”,开机后只有中间一个发亮,此即拔河的中心店游戏甲乙双方各持一个按钮迅速地、不断地按动产生脉冲,谁按得快,亮点就向谁方向__,每按一次,亮点__一次亮点移到任一方终端发光二极管,这一方就获胜,此时双方按钮均无作用,输出保持,只有复位后才使亮点恢复至中心点,由裁判下达比赛命令后,甲乙双方才能输入__,否则输入__无效附录一TTL集成电路型号命名规则1.1997年以后,我国生产的TTL集成电路型号与国际54/74系列TTL电路系列完全一致,并采用了统一型号,即CT0000系列说明
①中国TTL集成电路
②表示系列品种代号,其中
1.标准系列,同国际54/74系列
2.高速系列,同国际54/74系列
3.肖特基系列,同国际54S/74S系列
4.低功耗肖特基系列,同国际54LS/74LS系列
③表示品种代号,同国际一致
④表示工作温度范围C0~+70℃,同国际74系列电路的工作温度范围M—55~+125℃,同国际54系列电路的工作温度范围
⑤表示封装形式B塑料扁平D陶瓷双列直插F全密封扁平J黑陶瓷双列直插P塑料双列直插W陶瓷扁平2.部分国际公司TTL集成电路型号命名规则1美国德克萨斯公司TEXAS说明
①表示德克萨斯公司标准电路
②表示工作温度范围54系列;-55~+125℃,74系列0~+70℃
③表示系列ALS先进的低功耗肖特基系列AS先进的肖特基系列<空白>标准系列H高速系列L低功耗系列LS低功耗肖特基系列S肖特基系列
④表示品种代号
⑤表示封装形式J陶瓷双列宣插N塑料双列直插T金属扁平W陶瓷扁平2美国摩托罗拉公司MOTOROLA说明
①表示摩托罗拉公司封装的集成电路
②表示工作温度范围4,20,30,40,72.74,830~十75℃5,21,31,43,82,54,93—55~十125℃
③表示品种代号
④表示封装形式F陶瓷扁平L陶瓷双列直插P;塑料双列直插注LS—TTL的型号同德克萨斯公司一致,如SN74LS194J3美国国家半导体公司NATIONALSEMICONDUCTOR说明
①表示国家半导体公司单片数字电路
②表示工作温度74,80,8l,82.85,87,88;0~十70℃54,70,71.72,75,77,78,93,96一55~+125℃83,960~十75℃
③表示系列<空白>标准系列H高速系列L;低功耗系列LS低功耗肖特基系列S肖特基系列
④表示品种代号
⑤表示封装形式D玻璃—金属双列直插F玻璃一金属扁平J低温陶瓷双列直插N塑料双列直插W低温陶瓷扁平4__日立公司HITACHI说明
①表示日立公司数字集成电路
②表示工作温度范围74—20~十75℃
③表示系列<空白>标准系列LS低功耗肖特基系列S肖特基系列
④表示品种代号
⑤表示封装形式<空白>玻璃一陶瓷双列直插P塑料双列直插附录二部分TTL集成电路管脚排列图
1、逻辑门
(2)触发器与锁存器
(3)计数器、译码器、数据选择器开关阵列电路触发锁存电路显示电路。